电赛51单片机智能循迹小车设计报告

摘  要              I

目  录              II

1 系统方案

1.1 整体系统方案的选择

1.2 整体系统方案的论证

2 系统理论分析

2.1  单片机部分的分析

2.2  硬件部分的分析

2.1.1  单片机部分

2.1.2  其他部分

3 电路与程序设计

3.1 电路的设计

3.1.1 系统总体框图

3.1.2 红外循迹传感器子系统框图与电路原理图

3.2 程序的设计

3.2.1 程序功能描述与设计思路

3.2.2 程序流程图

4 测试方案与测试结果

4.1 测试方案

4.2 测试条件与仪器

4.3 测试结果及分析                            3

4.3.1 测试结果(数据)                            3

4.3.2 测试分析与结论                            4

5 心得体会                            4

附录1：电路原理图

附录2：源程序

方案一，基于K66嵌入式系统，采用恩智浦智能车车模，配合大功率电机与BTN7971B驱动芯片进行后轮驱动，前轮通过舵机控制方向，通过在车后安装512线mini编码器进行PID精确调速，通过OV7725数字二值化摄像头读取赛道黑线信息并将数据发送给单片机处理，进而控制电机与舵机的运行。

图1 方案一设计框图

方案二，基于52单片机系统，采用普通四轮车模，配合L298N驱动芯片进行后轮驱动，前轮安装舵机进行转向，使用HC-SR04超声波模块进行测距以实现避障，通过在车前与车后安装TCRT5000红外传感器读取赛道黑线信息并将数据发送给单片机处理，进而控制电机的转速来控制小车运行速度与方向。

方案三，改变方案二的驱动模式，由后轮驱动改为四轮驱动，取消舵机。

经测试，恩智浦智能车车模舵机转向角度不够，不足以通过S弯，且摄像头作传感器只能进行前进，后退时仍需要红外循迹模块，将花费过多不必要的时间。而方案二虽然实现了要求的全部功能，但是舵机在转弯时速度较慢，与其他组相比不具有优势，因此选择了速度较快的方案三。

1.2 整体系统方案的论证

用单片机作为循迹小车的处理器，配合使用一系列硬件部分，实现小车的各功能。该方案硬件可分为如下部分：

• 输入设备（红外循迹模块，超声波模块）
• 电机及其驱动部分
  

其中，循迹模块进行黑线的读取，当反射的光照射到接收管时会在接收管上产生相应的电位变化，超声波模块通过高低电平读定时器的值进行测距，以上信号被单片机识别后。配合电机驱动及直流电机，即可实现循迹与避障功能，。

2.1 单片机部分

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和系统可编程Flash，在循迹小车的实现中，起到至关重要的作用。

超声波模块主要有TRIG控制端与ECHO接收端两个端口，控制口发一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间，方可算出距离，如此不断的测周期，就可以算出移动测量的值。

红外发射管发射光线到路面，红外光遇到白底则被反射，接收管接收到反射光，经施密特触发器整形后输出低电平；当红外光遇到黑线时则被吸收，接收管没有接收到反射光，经施密特触发器整形后输出高电平，同时将信号输入单片机进行处理。

图6红外循迹传感器子系统框图

• 测试方案
  

小车可以沿铺设的黑线场地进行“S”型转弯，虚线跑道循迹行驶，并可进行快速倒车入库与移库，并避开最后的障碍物。

小车在绝大多数情况下均很好的实现了题目的全部要求，只在极少数情况下会驶出虚线跑道，说明我们的程序在虚线的识别上仍然存在一些小问题。

这次比赛是个人努力与团队协作的共同产物，相互不能割舍。通过这次比赛，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和Proteus仿真应用及和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我觉得设计同时也是对课本知识的灵活运用，因为课本上的知识点繁杂，平时的基础学习并不能很好的掌握其中的理解各个元件的功能，而且考试内容有限。因此在这次课程设计过程中，我们掌握了理论与实践相互结合，印象更加深刻。在平时看课本时，有时问题老是弄不懂，理解不上去，缺乏动手能力，在做设计过程中，把握其中的关键知识点，充分研究，对于知识的领悟更加深刻。在动手处理单片机时，更急发现到实践的重要性，哪怕一个小小细微的功能元件的错误都会失败，细心与耐心、恒心才能做的成功，而且在布局和构造格式中，线的布局上既要美观、实用和简单，其中兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则会影响整个设计的实际性的应用。

附录1：电路原理图